基于DSP+CPLD的捷联航姿系统设计与实现

针对捷联航姿系统高精度、小型化、高可靠性的发展需求,文中研究并实现了基于DSP+CPLD导航计算机的光纤航姿参考系统,在导航计算机设计中充分体现了DSP处理器实时解算和CPLD控制信号的双重优点.系统软件可实现加电BIT、磁罗差标定、CRC校验的存储器自检、捷联航姿解算和模糊自适应内阻尼卡尔曼滤波等功能.通过大量的试验验证了硬件的可靠性和算法的有效性.样机实验结果表明基于DSP和CPLD导航计算机的捷联惯性航姿系统性能稳定,满足系统的精度设计要求.     

基于单轴速率转台的角速度传感器标定方法

针对传统的标定方法标定成本高且对北向基准的要求严格等问题,提出了一种用单轴速率转台作为标定设备的光纤陀螺捷联航姿系统标定方法。对光纤陀螺组合的误差进行建模,将光纤陀螺捷联航姿系统安装于单轴速率转台上,使光纤陀螺捷联航姿系统的3个陀螺轴向分别朝下进行标定实验,由此标定出3只光纤陀螺的零偏、标度因数和安装失准角共12个误差参数。通过对标定精度进行分析,验证了该方法的可行性,其标定成本低且不需要北向基准,具有一定的工程应用价值。     

基于控制网络的多协议通信适配器的设计

随着控制网络的发展,越来越多的具有不同串口接口的现场设备需要与不同协议的总线进行通信的问题日益凸显,该设计以W78E58B单片机为主控制器,以CAN控制器SA1000与PCA82C250作为CAN总线接口模块,以Profibus专用智能协议芯片SPC3组成Profibus-DP总线接口模块,以MAX3162作为串口RS232/RS485/RS422电平转换芯片,设计了集成CAN总线与Profibus-DP总线到RS232/RS485/RS422串口接口的多协议通信适配器,并对其硬件电路与软件进行了设计.该装置能够实现具有任何一种标准接口RS485\RS232\RS422的工业现场设备到任何一种现场总线Profibus-DP总线、CAN总线的通信任务.实际证明该装置运行稳定、可靠.     

基于机动检测的捷联航姿算法研究

针对低精度陀螺仪、加速度计和磁传感器组成的捷联航姿系统存在的易受载体运动加速度影响而导致姿态精度下降甚至发散的问题进行了研究,提出了一种基于机动检测的捷联航姿算法。该算法根据陀螺仪数据进行姿态实时更新,利用加速度计和磁传感器输出对载体姿态误差进行校正以保持航姿输出的长期精度。算法根据加速度计输出在导航系中投影的水平分量进行机动检测,剔除机动期间的加速度数据,利用载体匀速运动状态下的加速度数据与磁传感器数据构造量测,利用卡尔曼滤波器对姿态误差进行估计并修正。仿真结果表明,该算法能有效完成载体机动检测,保证系统存在机动的情况下姿态精度满足应用要求。     

基于ARM的低成本微型捷联航姿系统设计

采用三轴MEMS加速度计和角速率陀螺以及微型磁通门传感器,以ARM处理器为核心构建微型捷联航姿系统硬件平台,运用捷联惯性导航理论及状态扩增Kalman滤波算法,实现了载体航向、俯仰和倾斜角度的测量和误差控制。在三轴无磁转台进行了航姿角度测试,结果表明,该航姿系统具有较高的角度稳定性和准确度,同时体积小、成本低,具有很好的工程应用前景。     

基于VXI总线的飞机航姿设备综合测试诊断系统

为实现对飞机航姿系统的综合测试与故障快速诊断,采用VXI总线技术建立了飞机航姿没备综合测试系统,并设计了一个基于知识的故障诊断专家系统;对该系统的硬件和软件组成进行了介绍,对关键技术问题进行了分析并提出了解决办法;该测试诊断系统极大提高了航姿设备的维修与排故效率。     

捷联系统航姿算法分析

本语文对几种捷联系统航姿算法进行了分析和比较,提出了在采用角速率输出陀螺的情况下的一种高精度算法,并给出了枯圆锥运动环境下的传真结果。     

支持多现场总线的RFID中间件技术研究

提出了一种基于PXA270平台支持多现场总线的RFID中间件系统,论述了硬件系统和软件框架的设计方案.通过标准串口和网口连接前端多种类型的RFID读写器,在获取数据之后,利用中间件技术对其进行规范化处理,最后经多现场总线(CAN、PROFIBUS、RS485、RS232、Ethernet)与上层设备相连,从而屏蔽了不同读写器数据格式的差异.在实际RFID工业系统中的应用表明,该设计系统具有良好的适应性.     

基于DSP的数字航姿模拟器设计

航姿模拟器是在对机载设备进行地面测试时用来仿真飞机航姿信号的专门设备。传统航姿模拟器通用性差、控制精度低且不易与自动测试系统(ATE)接口。为此设计了基于DSP的数字航姿模拟器。该模拟器能同时输出航向、横滚及俯仰信号,可与计算机接口或直接嵌入自动测试系统,具有跟踪速度快、精度高、控制简单等特点。该模拟器在某型机载雷达ATE中获得应用。     

CAN总线通信系统设计应用

通信系统在嵌入式应用系统和计算机应用系统中是必不可少的,是应用系统的核心。目前常见的通信方式有RS232通信方式、RS485通信方式、CAN通信方式、WIFI通信方式等等。在工业级别上的控制,CAN总线的方式占据较大的比例。因此,做好CAN总线方式的通信具有较大的应用市场。本文主要围绕CAN总线方式,描述其应用于通信系统的设计过程和方法。     

基于MEMS/GPS的航向姿态测量系统设计

姿态信息是飞行控制中最关键的参数之一。针对飞行控制系统首要解决的姿态测量问题。本文利用多微机电系统（MEMS）传感器与GPS组合,研制了一种微型航向姿态测量系统。考虑在以往的姿态测量系统中,动加速度的影响限制其应用,通过设计利用GPS进行辅助修正的姿态解算算法,有效规避了运动加速度对测量精度的影响,使系统可同时满足静态情况和动态情况的使用。将试验结果与商用姿态测量产品MTI-G-700的姿态结果进行了比较,各项指标均达到系统设计的性能要求,验证了航向姿测量系统设计的有效性。     

备份航姿系统的磁传感器在线校准方法

磁航向角是备份航姿系统的重要输出参数,为提高测量性能,需对磁传感器进行误差标定。对于机载应用的磁传感器,地面标定方法需要耗费大量的时间且操作不便,在地表标定结果的适用性随距离标定的时间和使用空间位置的变化而降低。基于备份航姿系统的实际工作特点,提出一种在备份状态下利用飞机主惯导的姿态角信息对磁传感器误差进行在线校准的方案,设计了误差校准数据存储的数据结构,提出了校准数据对航向空间覆盖的充分性评价策略,最后利用无磁转台模拟环境,验证了某备份航姿系统的磁传感器在线校准方案的可行性和有效性。     

姿态航向测量与误差补偿方法研究

设计了一种基于MEMS陀螺仪、加速度计、磁传感器的小型姿态航向参考系统;以四元数和角速率偏差为状态矢量,磁场强度和加速度计信息为量测矢量,构建基于Kalman的四元数姿态航向解算方法;通过调整测量噪声方差矩阵,解决动态过程中由于运动加速度造成的姿态角误差;采用陀螺仪误差建模和磁航向罗差补偿技术,进一步提高了系统测量精度。根据飞行数据分析,姿态航向参考系统具有较高测量精度和较好的稳定性、动态性,姿态角均方根误差小于1.5°,航向角均方根误差小于3°。     

航姿系统矢量传感器非对准误差及其校正

航姿参考系统中三轴磁强计与三轴加速度计常采用椭球拟合法进行误差校正与补偿,其缺点是校正后不同传感器之间以及传感器坐标系与载体坐标系之间往往还存在非对准误差.由定量分析得知此类非对准误差所引起的航姿参考系统航向角误差具有常值误差与半圆罗差之和的形式.利用地磁矢量与重力矢量的点积为常数这一性质,并结合三维旋转矩阵的小角度近似表达式,对椭球拟合法校正后的传感器非对准误差进行了补偿,在不同磁干扰条件下均可使校正效果得到改善,航向剩余误差(均方根)平均减小30%以上.     

A Cost Effective Motion Platform for Performance Testing of MEMS-Based Attitude and Heading Reference Systems

An accurate attitude and heading reference system (AHRS) is a key component to ensuring safe and reliable flight of unmanned aerial vehicles (UAVs). Recently, much attention has been given to developing AHRS using inertial sensors based on microelectromechanical sytems (MEMS). These MEMS-based AHRS are low-cost, lightweight, and consume little power. However, the advantages of inexpensive MEMS sensors are coupled with the drawback of having greater potential error in reported roll, pitch, and yaw angles due to increased sensor noise and drift. To minimize this error, advanced sensor fusion techniques such as Kalman Filtering are commonly implemented. Testing these techniques, and the AHRS as a whole, is therefore a crucial part of the performance optimization process. This paper outlines the development of an inexpensive 3-axis motion platform for AHRS calibration and testing that replicates aircraft motions from actual UAV flights, or from a flight simulator. To accomplish this, custom LabVIEW control software was developed to process time-stamped aircraft orientation data. Commands were then sent through a microcontroller to the motion platform, which reconstructs the flights with high precision (R² = .994). By using this method, AHRS testing can be performed under more realistic conditions, providing an alternative to costly field testing. This technique is especially useful for simulations of autonomous vehicle technologies such as collision avoidance, where an increased risk of damage to the UAV is present.     

矿井安全生产监控系统通信协议的研究

文章分析了目前在矿井安全生产监控系统中被广泛采用的RS485通信协议的特点,针对它的局限性提出了一种逐渐成熟并表现出较大优越性的CAN通信协议。并在原有矿井安全生产监控系统的基础上,提出了一个采用CAN通信协议的矿井安全生产监控系统的设计方案,详细说明了CAN通信协议在矿井安全生产监控系统中的应用。     

基于MAEKF算法的航姿参考系统设计

构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法.取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据.并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式.通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息.与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性.     

基于DSP的小型捷联航姿系统的设计与仿真

针对以捷联惯导为中制导的战术导弹,设计了一种基于数字信号处理器（DSP）的小型数字化捷联航姿应用系统,并对捷联航姿系统的算法及器件误差补偿进行了分析与仿真。首先针对捷联航姿系统提出了器件误差的简化模型,然后通过对比四阶增量法和四阶龙格库塔法解四元数微分方程,提出了以四阶增量法为基础构建快速执行算法。最后采用一组实测信号对系统进行了仿真验证。结果表明,传感器的精度对仿真结果具有明显的影响,对惯性器件的实时误差补偿是非常必要的。所选算法的计算量与存储量都不大,在实际计算中可以选用。该系统具有运算速度快、精度适当等特点,不仅可用于小型战术导弹,也可用于其它低成本的小型导航领域。     

Invariant Observer Design of Attitude and Heading Reference System

An attitude and heading reference system (AHRS) is a nonlinear state estimator unit for computing orientation in 3D space. This paper designs an AHRS using three approaches: an invariant observer, an invariant extended Kalman filter (IEKF), and a conventional extended Kalman filter (EKF). The three designs are validated in experiment versus a ground truth, demonstrating the practical interest of the invariant observer methodology and the advantage of the IEKF over the EKF under model uncertainty.     

基于MTi系统的三维运动检测方法的研究

MTi(motion tracker instrument)系统是一款精度较高,灵活性好的测量姿态和航向的系统。结合MTi系统分析了其测量方法,以及其输入、输出量之间的转换关系。通过对被测物体不同运动姿态的测量,应用MATLAB软件编程对系统输出的数据进行分析,观察欧拉角针对不同运动姿态的变化规律。对机械手的三维运动进行测量分析,为采摘机械手的轨迹规划和运动控制提供试验基础。